基于熵权-G1法的装配式建筑施工安全风险研究

原文作者：田原、王宝令，沈阳建筑大学

0 引 言

近年来，随着我国建筑行业的快速发展，建筑施工的高能耗、高污染特性也给我国的生态环境造成了一定影响。为了解决建筑施工环境污染的难题，建筑施工技术也在不断革新。装配式施工技术作为建筑行业日益变革的成果，其绿色低碳、节能高效的施工方式受到了很多建筑行业工作者的重视。与传统现浇结构的建筑施工方式相比，装配式建筑施工过程中的安全管理因涉及预制构件的运输、堆放、吊装和现场拼接安装等多个环节，因此难免会出现新的不确定性的施工风险问题。需要建立有针对性的指标体系和模型，对施工安全进行全方位的分析、提出相应的管控措施，有效减少安全事故的发生。

1 评价原理和方法

1.1 G1法理论

G1法是一种主观赋权方法，其主要观点是：通过对指标体系中的每层指标进行对比来确定重要程度，计算更加简便的同时也能直观地体现出各指标的主观权重。

1.2 熵权法理论

熵权法是指根据各指标能为决策者提供信息量的多少，来确定待评价问题中各指标权重的一种方法。当某指标提供的信息量越大，则权重也越大；反之，则相反[1]。既能够充分利用各指标所包含的有效信息直观体现相互之间的差异，又能够尽量避免赋值时存在的主观性。

2 建立装配式建筑施工安全风险评价指标体系

2.1 装配式建筑施工安全风险评价指标体系的构建

笔者结合传统建设施工方式的安全管理控制要素和装配式建筑的自身特点，通过对现有的安全法规和专业规范标准进行汇总研究，以及对业内专家学者研究成果的文献梳理，最终分析汇总出24个安全评价指标。由于指标都是定性指标，难以进行标准化处理，因此通过总结已有研究并结合专家咨询，将指标划分为人员因素、材料因素、设备因素、技术因素、管理因素和环境因素6个等级[2]，对装配式施工安全风险进行了详细的表述。各评价指标，如图1所示。

图1 装配式建筑施工安全风险评价指标体系

2.2 安全评价指标权重的确定

2.2.1 G1法赋权

（1）确定指标的重要程度并排序。首先，邀请有关的行业专家对已经确定的一级指标集Sj=（S1,S2,...,Sj）的重要程度做出判断，由专家挑出一级指标中最重要的；然后，依次在剩余的指标中继续挑选重要的。直到所有一级指标挑选完成并按照自身的重要程度重新排好顺序。设结果为X1＞X2＞…＞Xj。

（2）确定相邻指标之间的重要程度。由各位专家对排序之后的相邻指标Xj-1和Xj之间的重要性进行比较，得出Rj=Xj－1/Xj并取其平均值。其具体赋值，见表1。

表1 Rj赋值参考

Rj取值 含 义1.0 指标Xj-1与指标Xj同等重要1.1 指标Xj-1比指标Xj稍微重要1.2 指标Xj-1比指标Xj明显重要1.3 指标Xj-1比指标Xj特别重要1.4 指标Xj-1比指标Xj极其重要

（3）计算一级指标对目标层的权重。计算第z个一级指标对于目标层的权重

（4）计算二级指标对目标层的权重。同理，将每一个一级指标下的二级指标按重要性排序；然后计算出相邻二级指标的Rj，代入式1和式2，得到二级指标对一级指标的权重；最后，求出二级指标对目标层的权重。计算公式为

式3中，Uj为二级指标 j 对于相应一级指标的权重。

2.2.2 熵权法求各指标值权重

（1）邀请专家做出判断。首先，需判定每一个指标的重要程度，划分为很重要、重要、一般、不重要和很不重要5个程度，其对应的分数为5、4、3、2和1；然后，邀请m位专家根据自身的知识储备和实践经验，对n个指标进行打分。这样就可以汇总出每一位专家对每一个指标的评价分数，从而可以得到装配式建筑施工安全评价矩阵R=(rij)mn。

式4中，rij为第i个专家对第j个指标的评价值。

（2）计算各指标得分在总得分中所占的比重pij

（3）计算第j个指标的熵值

式6中，k=1/ln m。

（4）计算第j个指标的熵权wj'':

2.2.3 基于熵权法修正的G1法确定综合权重

为了改善G1法赋权时主观性过强的弊端，可以利用熵权法求出修正后的信息熵来判断指标重要性。这样，可以消除专家判断的主观性，从而客观地做出指标重要性排序。因此，可以根据两种不同的方法依次计算出指标的权重，经过组合后得出结果就是最终的综合权重。本文采用拉格朗日极值法，确定两种权重的待定系数。其计算公式为

根据拉格朗日极值法求解，公式为

3 装配式建筑施工安全风险评价模型

3.1 确定指标集和评语集

首先，根据装配式建筑施工安全风险建立相关的指标集S=（S1,S2,...,Sn），以及各个指标对装配式建筑施工安全风险影响程度的评价等级A=（A1,A2,A3,A4,A5）=（高，中高，中等，较低，低）。

3.2 构造模糊评价隶属度矩阵

首先，根据上文权重的计算过程，求出每个指标的综合权重，再汇总形成装配式建筑施工安全评价指标的最终权重集合W=（W1,W2,...,Wn）；其次，邀请专家分别根据评语集A对各个单一指标进行模糊评价；再次，依据评判结果计算指标属于各个等级的频数，从而求出各个指标的隶属度；最终，构建评判矩阵R为

式11中，i为指标个数。

3.3 模糊综合评价分析

按照模糊综合评价的分析方法，将安全评价指标的综合权重集W与安全评价指标评判矩阵R结合，就会得到装配式建筑施工安全风险的模糊综合评价结果I，公式为I=WR。最后根据上文中划分好的5个评语等级，给出最终的评价结果。

4 案例分析

4.1 工程概况

本文选取了WK项目为样本进行实证分析。该项目3号楼采用叠合楼板形式的预制装配式楼板，4号楼～7号楼、9号楼～12号楼开敞阳台楼板采用叠合楼板形式的预制装配式楼板；所有空调板采用预制空调板；全部住宅楼均采用预制楼梯。

4.2 确定指标权重

根据上文已确定的评价指标体系，采取专家打分的方法，邀请本项目建设单位、施工单位、设计单位和监理单位的相关人员，根据项目的实际情况和自身的知识理论对本项目的指标进行评价。根据上文计算过程，简化计算步骤，得出该装配式建筑施工安全风险评价指标权重的计算结果（见表2）。

表2 指标权重表

目标层 一级指标 组合权重 二级指标 客观权重 主观权重 组合权重现场工人安全意识薄弱S11 0.032 5 0.043 5 0.036 8高强度作业引起的疲劳施工S12 0.033 8 0.025 4 0.030 5施工人员操作水平欠缺S13 0.041 4 0.033 3 0.038 2违规违章操作S14 0.007 9 0.012 5 0.009 7人员因素S1 0.115 1预制构件精度不合格S21 0.012 8 0.009 4 0.011 4预制构件强度不合格S22 0.033 3 0.039 9 0.035 9预制构件的吊装作业难度大S23 0.035 4 0.022 4 0.030 4预制构件的装配稳定性差S24 0.013 0 0.021 0 0.016 1材料因素S2 0.093 7机械设备和吊具的选择不合理S31 0.021 1 0.018 8 0.020 2临时支撑不稳定S32 0.021 0 0.016 6 0.019 3设备没有定期安全检查和维修S33 0.044 3 0.032 1 0.039 5起重吊装机械超载吊运S34 0.039 9 0.041 2 0.040 4设备因素S3 0.119 4装配式建筑施工安全风险影响因素安全管理制度的建立与执行不够S41 0.012 1 0.022 4 0.016 2安全教育及培训不足S42 0.042 3 0.041 2 0.031 9管理人员缺乏现场风险管理能力S43 0.009 1 0.018 7 0.012 9对危险区域的防护管理不足S44 0.026 6 0.034 3 0.029 6管理因素S4 0.090 5预制构件吊装定点不准确S51 0.048 6 0.047 9 0.048 3预制构件连接技术不过关S52 0.032 1 0.034 7 0.033 1未遵循技术交底方案S53 0.013 4 0.015 1 0.014 1预制构件堆放超过规定荷载压力S54 0.053 4 0.033 2 0.045 5技术因素S5 0.141 1工地场所杂乱妨碍施工S61 0.043 6 0.030 9 0.038 6自然灾害风险S62 0.007 2 0.020 6 0.012 4天气与气候状况恶劣S63 0.024 3 0.031 5 0.027 1安全标准政策法律缺失S64 0.010 3 0.009 8 0.010 1环境因素S6 0.088 3

4.3 模糊综合评价分析

继续邀请上述专家对指标作出判断。根据评语集A评判各个指标对本项目的安全影响程度，得到本项目装配式施工安全风险评价指标的评判矩阵R。最后，将权重集W与之结合，得到本项目的施工风险模糊综合评价结果为：

4.4 风险评价结果

（1）根据模糊评价的隶属度最大原则，本项目施工安全各风险因素中最大隶属度值为0.062 7；其对应的评语集中的评语为中等，则本项目的装配式施工安全风险程度等级为中等。

（2）影响本项目装配式施工安全风险的六大因素中，风险等级评定为中高的因素是人员因素和管理因素。建筑施工必须按照一定的标准流程进行，应杜绝施工人员在建设过程中完全根据以往经验进行操作的行为。可聘请经验丰富的管理人员对工人进行操作前的知识普及及培训。风险等级评定为中等的因素是技术因素。预制构件吊装是装配式建筑施工中最关键的环节，在进行预制构件吊装时与BIM技术等相结合。在吊装过程中，依据现场平面布置和施工环境等实际情况，结合吊运机械的相关技术参数制定可视化的吊装方案[3]。

5 结 语

随着装配式建筑的大力推广，装配式建筑施工阶段安全风险识别也将有更高的要求。笔者通过建立相应的施工安全风险评价指标体系，应用熵权-G1法对WK项目各风险因素进行了研究，并运用模糊综合评价方法对该项目进行了分析。结果表明，该方法在装配式建筑施工安全风险分析上可以得到有效运用，且能精准地识别重要的安全风险因素，达到保护作业人员人身安全、降低经济损失的效果。

参考文献：

[1]戴海舰. 基于熵权-层次分析法的装配式施工安全风险研究[D].昆明：昆明理工大学，2019.

[2]温鹏辉. 混凝土框架柱工程质量问题分析及加固技术研究[D].西安：西安建筑科技大学，2015.

[3]汤彦宁. 基于系统动力学的装配式住宅施工安全风险研究[D].西安：西安建筑科技大学，2015.